秦岭天台山特长隧道洞内交通转换带设计探讨

王万平，董自超，叶欣欣

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安 710075)

公路隧道上下行方向车辆转换主要通过洞口联络道和洞内车行横洞实现。洞口联络道主要用于隧道养护和维修以及紧急情况时车辆转换。在其中一个隧道发生紧急工况时，救援车辆可通过车行横洞迂回到达事故最近地点[1]。结合公路隧道运营状况调研，车行横洞断面较小时无法满足交通转换需求，隧道洞口无联络通道或在特长隧道内，一旦隧道发生紧急工况，仅通过洞外联络道进行疏导，交通转换影响区段较长，会造成整个路段通行效率下降较多，运营安全风险较高。

为保障在役公路隧道运营安全，更好地为社会公众提供安全便捷、舒适高效的出行服务，我国交通运输部于2019年1月18日印发了《促进公路隧道提质升级行动方案》，2019年3月6日印发了《公路隧道提质升级行动技术指南》[2]，对高速公路隧道运营服务水平提出了更高的要求。由于在特长隧道中车辆通行时间较长且交通量大，交通保畅压力较大。天台山特长隧道长度超过15 km，远期交通量超过56 000 pcu/d，该路段属于国家高速公路网重要组成路段，为解决特长隧道在大交通量下的交通转换问题，结合隧道实际情况，提出交通转换带设计方案。

随着我国交通设施建设的发展，特长公路隧道越来越多，受各种条件限制，洞内需设置交通转换带的情况也不断增多，本文结合天台山特长隧道洞内交通转换带设计内容，并对其主要设计参数进行探讨，可为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

宝鸡至坪坎高速公路工程是《国家公路网规划(2013年-2030年)》银川至昆明国家高速公路(G85)的组成部分，同时也是陕西省“两环六辐射三纵七横”高速公路网中三条南北纵线之一的定汉线的组成部分，项目建设将开辟我国西北和西南地区新的高速公路通道，是连接“关中—天水经济区”和“成渝经济区”的重要纽带，对于推动大关中城市群构建，拉动陕北、关中、陕南经济具有重要意义，在国家及区域高速公路网构建中占有重要地位。项目地理位置如图1所示。

图1 项目地理位置

秦岭天台山特长隧道设计为双线六车道分离式隧道，设计速度为80 km/h，隧道进口位于宝鸡市渭滨区神沙河周边，终点位于宝鸡市凤县岩湾乡附近，左线隧道长为15 491 m，右线隧道长为15 567 m。洞内为长下坡，坡度为-1.65%，段落长度超过15 km。天台山特长隧道北侧洞口通过桥梁顺接3.4 km观音山隧道，无法设置疏散救援联络道。

2 交通转换带方案提出

根据交通量预测资料可知宝鸡至坪坎高速公路远期交通量大、货车比例高；受制于地形条件，天台山隧道出口区段为32 km连续下坡路段，该段桥隧比高达约97.5%，隧道比例高达95%；天台山特长隧道长度约为15.6 km，按照设计时速，车辆通过隧道时间约为12 min；特长隧道内光线条件差、驾驶视野受限、空气质量低劣、环境噪声大，比正常路段更容易发生交通事故[3-4]；特长隧道内机电及交通设施配置复杂，日常养护维修、事故处置等工作需占用行车道，交通保畅、运营管理等工作难度大。

高速公路隧道需按照规定时间进行清洁维护、结构检查、保养维修和病害处治。交通转换带的作用在于隧道内因轻微事故或检修需封闭一侧隧道时，能利用交通转换带实现分区段养护、维修，减小单洞双向行车距离，提高通行效率并降低养护工作安全风险。封闭维修时车辆分流示意如图2所示。

图2 封闭维修时车辆分流示意

3 交通转换带方案设计

根据秦岭天台山特长隧道总长度，结合隧道内车辆运行时间及原有横通道布置情况，隧道内拟设置2处交通转换带，通过洞口联络道和洞内交通转换带，将隧道分为3段长约5 km的运营交通区段，隧道平面布置及分段情况如图3所示。

图3 隧道平面布置及分段情况(单位：m)

3.1 交通转换带设计参数

交通转换带设计参数主要包含主洞加宽宽度、加宽段长度、联络通道宽度、联络通道与主洞夹角等关键参数。天台山特长隧道交通转换带设计参数如下。

(1) 为便于车辆进出，在不干扰对向隧道交通的前提下实现交通转换，同时参照隧道内车行横洞的布置形式，布置转换带需考虑对主洞结构的影响，综合以上几个方面考虑交通转换带平面布置采用八字形。隧道主洞行车方向左侧加宽3 m，内空断面按四车道设计，左侧加宽有利于使用联络通道时各种车辆转弯进入通行，提高通行效率和行车安全性。

(2) 联络通道与主洞交叉区段长度需满足车辆进出的空间需求，随着我国长车数量增加，为便于长车驶出且不影响到对向车辆行驶，结合长车行车模拟，同时参照紧急停车带布设有效长度为40 m的规定，交通转换带加宽带长度取40 m，不连续加宽段的中间区段贯通。

(3) 联络通道与正洞夹角设计应方便车辆行驶通过并兼顾交叉口的宽度，同时应满足衬砌施工和结构安全，初步按50°夹角设计。

(4) 联络道设计为单车道通行，通道宽度参考车辆进出转弯半径要求，车辆驶出以仅占用对向隧道最内侧车道为前提，兼顾转换带联络通道结构施做和交叉口施工，联络通道宽度取7～9 m。结合行车轨迹模拟分析及现场试验，最终以长车转换过程中不侵入对向隧道第二条车道为条件确定最小宽度为8.5 m，即确定联络通道宽度为8.5 m。交通转换带平面示意如图4所示。

图4 交通转换带平面示意(单位：m)

3.2 交通转换带参数模拟和验证

3.2.1 行车轨迹模拟分析

为满足交通转换功能的需要，转换带联络通道车道宽度和主线夹角根据行车轨迹模拟和实车试验进行确定。根据《公路工程技术标准》[5](JTG B01—2014)中5种典型车型里的大型客车和铰接列车这两种车型，进行交通转换带方案平面轨迹模拟分析，以验证联络通道、主洞夹角和车道宽度的合理性，行车轨迹模拟采用AutoTURN Pro 3D软件进行。图5为8.5 m宽通道大型客车平面轨迹模拟；图6为8.5 m宽通道铰接列车平面轨迹模拟。

图5 8.5 m宽通道大型客车平面轨迹模拟

图6 8.5 m宽通道铰接列车平面轨迹模拟(单位：dm)

综合以上程序模拟结果，在采用50°夹角、8.5 m 宽联络通道情况下，大型客车和铰接列车均可顺利通行交通转换带，并且仅占用另一侧隧道最内侧车道，能满足单洞双向通行的条件。

3.2.2 交通转换现场试验

针对数值模拟结果，在路基场地进行试验，按联络通道与主洞呈50°夹角、通道宽为8.5 m进行现场布置，车辆选择六轴载重汽车。试验车辆(车长17.8 m)如图7所示；试验场地如图8所示。

图8 试验场地

图7 试验车辆(车长17.8 m)

根据现场车辆行车测试，测试结果与模拟结果一致。联络通道设置为50°夹角、宽为8.5 m时，测试车以20 km/h的速度可顺利通行交通转换带，并且仅占用对向最内侧车道。

通过行车轨迹模拟和现场实际车辆行驶试验，并考虑到现场试验场地宽阔条件(仅用轻钢板材模拟隧道内壁)、驾驶员驾驶心理(无隧道内驾驶压抑感、光线足)和驾驶熟练度(连续试车)的实际情况，综合分析确定交通转换带联络通道宽度为8.5 m，与主洞角度采用50°夹角。

3.3 交通转换带机电设施

为提升通行效率，转换带区段进行隧道机电设施专项设计。交通转换带处增设交通诱导及监控设施，同时可设置特殊灯光带，缓解特长隧道内行车视觉疲劳，并利用特殊灯光带改善光照环境，用于提醒和诱导车辆行驶，提高行车舒适度及行车安全性。交通转换带机电设施平面示意如图9所示。

图9 交通转换带机电设施平面示意

(1) 车道指示器：在交通转换带联络通道处增设车道指示器(红×+绿↑+左转←)。

(2) 洞内可变信息标志：设置于交通转换带上游200 m处，2个转换带之间可变信息标志设置间距为1 500 m。

(3) 摄像机：交通转换带内设置球型摄像机，转换带前后设置固定枪型摄像机。

(4) 联络通道指示标志：联络通道右侧设置横洞指示标志。

(5) 智能疏散指示标志：指示隧道紧急出口和动态指示逃生路径，在紧急情况下快速精准地诱导人员和车辆逃生。救援系统由安装在隧道入口及隧道内的主控器、诱导信息屏、逃生箭头型诱导标、逃生双侧型诱导标、超高亮型诱导标、逃生语音播报器、逃生诱导高音号角、逃生应急开关、洞口警报灯等设施及配套线缆组成。

(6) 特殊灯光带：特殊灯光带与交通转换带综合设计。交通转换带投入使用时，通过特殊灯光带的灯光变换和显示，提供交通转换信息，提高交通转换带行车亮度，保证车辆进出联络通道时的行驶安全。

3.4 交通转换带交通组织

交通转换带借鉴路段保通措施，解决隧道内交通保畅问题，通过交通转换带，隧道内车辆可以绕避封闭区域，保证特长隧道通行效率。结合行车模拟，为避免交通转换车辆对既有隧道交通造成影响，交通转换带区段行车速度建议不超过20 km/h。通过交通转换带，将维修或者堵塞区段的对向隧道改成单洞双向行车隧道。为保证单洞对向交通隧道的行车安全，沿行车道中线布置交通锥标或柔性警示柱进行隔离，对向交通隧道内行车速度不宜超过40 km/h。交通转换带交通组织平面示意如图10所示。

图10 交通转换带交通组织平面示意

4 结论

交通转换带主要布置在特长隧道内部，以及在隧道洞口为桥接隧、洞外无条件设置或交通转换后双向并行距离过长时实施，为今后运营管理工作打下良好基础。本文以秦岭天台山特长隧道为工程背景，对交通转换带的设计方案进行论证，并得出以下结论。

(1) 交通转换带将特长隧道划分成较短区段，通过合理规划通行方案，可以实现“分区转换”和“交通转换”的目的，有效提升隧道特殊情况下通行能力。

(2) 交通转换带2条联络通道设置需参照通行车辆特性来确定。推荐联络通道与主洞夹角为50°、通道宽度为8.5 m且转换带长度为40 m，可实现各型车辆低速完成车道转换。

(3) 建议交通转换带与隧道洞内照明景观带结合设置，通过照明景观带设置相应的机电诱导标志，保证交通运营安全。交通组织上，通过交通诱导、双向行车隔离和行车限速等布置措施，可以保证交通安全，缩短隧道紧急工况下的影响区段长度。

(4) 交通转换带的布置应结合洞口联络通道设置情况和隧道长度、隧道通风区段综合确定，同时依据隧道围岩情况灵活调整。